Мезосфера быстро охлаждается до –100 °C. Дело в том, что уровень поглощения солнечного излучения здесь резко падает. Это очень толстый слой, доходящий местами до 35 км. Именно в мезосфере происходит впечатляющее явление – падение звезд. На самом деле это метеоры, которые сгорают в этом слое, не достигая Земли. Таким образом, мезосфера защищает нашу планету от разнообразных камней и другого космического мусора, который притягивается из космоса гравитационным полем Земли. Метеоры проходят через экзосферу и термосферу, поскольку в этих слоях мало что может их задержать, однако, к счастью, в мезосфере достаточно газов, которые могут замедлить движение потенциально опасных объектов. Это замедление вызывает трение и последующее нагревание, и большинство метеоров распадаются и превращаются в пар. Однако так случается не всегда, о чем свидетельствует испещренный кратерами ландшафт многих земных континентов. Мезосфера, таким образом, спасает миллионы жизней – возможно, даже только за год.
Рядом с самым холодным слоем атмосферы находится ее самый жаркий слой. Температуры здесь могут достигать 2000 °C – благодаря поглощению ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца. Интересно, что именно здесь, в 500–1000 километрах от поверхности Земли образуются полярные сияния, когда заряженные частицы, летящие от Солнца, сталкиваются с атомами кислорода и азота, создавая невероятные яркие цвета.
Экзосфера тянется от границ термосферы вверх, на 10000 км от поверхности Земли: это ворота в открытый космос и местонахождение многих искусственных спутников. Чрезвычайно высокий температурный профиль термосферы влияет на эту внешнюю оболочку атмосферы: происходит остывание с 2000 до 0 градусов, воздух холоднее всего по ночам. Атмосфера здесь довольно разреженная, однако можно обнаружить следы таких газов, как кислород и углекислый газ. Это последний слой атмосферы, который еще испытывает силу притяжения Земли. Важно отметить, что экзосфера – первый слой защиты от солнечного излучения, она первой встречает любой летящий к Земле объект.
Действительно ли астероиды – главная угроза Земле?
В своей последней книге «Краткие ответы на большие вопросы», опубликованной в 2018 году, физик-теоретик Стивен Хокинг приводит свои соображения по поводу одной из главных угроз Земле – столкновения с астероидом. У нас нет никакой защиты от подобного события, которое могло стать причиной вымирания динозавров 66 миллионов лет назад. Несмотря на то, что у Земли довольно мощная защитная система, состоящая из нескольких слоев атмосферы, каждый из которых служит своей основной цели, наличие множества ударных кратеров свидетельствует о том, что летящие из космоса камни иногда все же проникают в атмосферу, а некоторые долетают и до поверхности. Согласно спутниковым данным, от 5 до 300 тонн космической пыли ежедневно попадает в атмосферу, и частично эта пыль образуется после сгорания более крупных объектов. Однако сначала давайте определимся с терминами.
•
•
•
•
Крупнейший в мире кратер (по крайней мере, из изученных), образованный ударом астероида, Вредефорт, находится недалеко от Йоханнесбурга в ЮАР. Возраст кратера оценивается в 2 миллиарда лет, а радиус составляет 190 км. Геологи в подробностях изучили концентрические полукруглые гребни, все еще заметные по бокам кратера и неопровержимо свидетельствующие об ударе астероида. Предполагается, что астероид имел в диаметре 5–10 км: уже одних этих размеров достаточно, чтобы дать представление о том, какую огромную энергию должен был сохранять астероид перед ударом. Сложно сравнивать другие кратеры с Вредефортом, но все же в мире существует немало и других впечатляющих образцов.
Диаметр кратера Чиксулуб на мексиканском полуострове Юкатан составляет 180–240 км. С точки зрения геологии он сравнительно молод, т. к. сформировался всего 65 миллионов лет назад. Есть серьезные основания считать, что именно этот астероид стал причиной гибели динозавров. Мощь столкновения вызвала ударные волны по всем биомам Земли, в воздух поднялись огромные клубы пыли и других частиц, окутавшие всю планету, исполинские цунами полностью покрыли водой все доступные массивы суши. Однако кратер оставался неизвестен до конца 1970-х годов, когда на место прибыла геологическая разведка, представлявшая мексиканскую нефтяную компанию. За прошедшие тысячелетия провал глубиной 900 м почти исчез – сейчас его глубина составляет всего несколько метров. А совсем недавно, в декабре 2018 года, поступили сообщения о том, что в Беринговом море утонул какой-то огненный шар. Он появился на спутниковом изображении, где «сиял так же ярко, как Венера», что свидетельствовало о большом количестве энергии в момент его взрыва в 26 километрах над Землей – 173 килотонны, то есть в 13 раз мощнее бомбы, упавшей на Хиросиму.
По подсчетам ученых, астероиды диаметром более 25 метров, но менее километра нанесут урон в локальном масштабе. Любой астероид диаметром 1–2 км окажет глобальное воздействие. Самыми серьезными последствиями падения такого астероида станут мощнейшие порывы ветра и взрывные и ударные волны. Перепад давления воздуха вызовет разрывы внутренних органов у людей и животных, а взрывная волна отшвырнет тела и сравняет с землей здания и леса. Среди других чудовищных последствий будут резкое повышение температуры, летящие осколки, цунами, землетрясения, образование кратера и уничтожение прямым воздействием всего живого в окрестностях места удара. Как и иные крупные объекты в космосе, астероиды испытывают влияние силы тяжести, так что у них есть собственные орбиты. Поэтому их маршруты сравнительно легко предсказать. Каталогизация околоземных объектов – титанический труд: космос просто переполнен ими, и каждый год их оказывается все больше. Найти околоземные объекты в ряду других обломков, вращающихся в космосе – все равно что найти иголку в стоге сена, и все же астрофизики добились в этом деле немалых успехов.
Примерно раз в год какой-нибудь астероид размером с автомобиль влетает в земную атмосферу, воспламеняется из-за трения и становится ярким огненным шаром, который горит, пока не достигнет суши или воды. Примерно раз в 2000 лет до Земли долетает метеорит размером с футбольное поле, причиняя серьезный ущерб. Каждые несколько миллионов лет, по расчетам ученых, с Землей сталкивается астероид, размеров которого достаточно для опустошения целого региона или глобальных разрушений. Однако сейчас все больше экспертов считает такие оценки консервативными. Частично это объясняется тем, что на Земле больше воды, чем суши, так что вполне можно предположить, что метеориты и астероиды чаще тонут в океане, чем разбиваются о твердь. Под водным зеркалом океана может быть скрыто множество кратеров, которые со временем разрушились и видоизменились. Кроме того, многие более мелкие кратеры и углубления за тысячелетия могли зарасти, выветриться или покрыться лавой после извержений вулканов. Это одна из причин, по которым Луна кажется значительно больше изрытой кратерами, чем Земля: там отметины от ударов сохраняются миллионы лет. На самом же деле Земля привлекает больше метеороидов и астероидов, чем Луна, из-за большей силы притяжения (т. к. у Земли попросту больше масса и объем).
Как на Землю воздействует сила тяжести?
Наличие силы тяжести – непременное условие для существования жизни. Все объекты притягиваются этой силой один к другому. Без этой силы космос не был бы структурирован, и не существовало бы того, что мы сейчас называем Вселенной. Масса объекта определяет значение силы тяжести, так что наибольшая сила тяжести у Солнца – крупнейшего тела в нашей Солнечной системе: оно притягивает все планеты и другие объекты.
Сила тяжести зависит также и от расстояния: чем дальше друг от друга два тела, тем меньше притяжение между ними. Вот почему Луна оказывает значительное влияние на земные приливы и отливы. Нахождение Солнца и Луны на одной оси вызывает прилив воды на сушу и ее отлив – в зависимости от расположения всех трех небесных тел друг относительно друга. Полнолуние и новолуние подсказывают наблюдателю, что гравитационное притяжение Солнца и Луны действует в одном направлении: полная Луна полностью открыта солнечному свету, а новолуние происходит, когда Луна полностью закрыта тенью Земли. Оба эти явления связаны с тем, что Солнце и Луна вместе вызывают наибольшее гравитационное притяжение Земли. Если освещена лишь часть Луны, то она находится под углом к Солнцу, так что сила притяжения будет слабее. Когда Луна и Солнце расположены на одной оси, их силы притяжения складываются, что приводит к высоким приливам. Когда они действуют в разных направлениях, то эти силы противостоят друг другу и результирующая сила оказывается куда более слабой, вызывая менее значительные квадратурные приливы. Самые высокие приливы бывают в ночь равноденствия, когда Солнце находится прямо над экватором, а Луна и Земля расположены на одной оси. Во время же солнцестояния амплитуда прилива минимальна.
Гравитация необходима, чтобы атмосфера оставалась на своем месте. Без силы тяжести воздух просто утек бы в космос. Сила тяжести направлена вниз, и она служит неотъемлемой составляющей любого атмосферного процесса. У поверхности Земли воздух сжимается под весом верхних слоев воздуха, так что давление здесь гораздо выше, чем на больших высотах. С высотой воздух становится более разреженным, так что в какой-то момент людям становится невозможно им дышать.
Гравитации противостоят локальные силы. Когда Солнце достаточно сильное и быстро нагревает планету, воздух у поверхности разогревается, становится менее плотным и поднимается вверх. Его быстро замещает воздух с других участков рядом с поверхностью, который снова разогревается и поднимается. В этом этом районе формируется собственная погода – облака, ливневые дожди, усиление ветра, изменение температуры. Это локализованная область более низкого давления, иными словами – зона восходящего воздуха. Когда Солнце садится и воздух охлаждается, давление у поверхности нормализуется, поскольку воздух теряет энергию и опускается вниз. Изменение давления воздуха – ключевой фактор, определяющий локальные погодные условия. Как и все остальные атмосферные процессы, сила притяжения всегда присутствует, но часто подвергается какой-то нейтрализации.
Погода и технологии
Можно ли полагаться только на прогноз погоды на сайте или в мобильном приложении?